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推動下一代醫療成像系統發展的關鍵在哪里?

2021-09-14
來源:英特爾FPGA

  X射線和超聲等診斷成像系統已經應用了數十年,而隨著包括計算機斷層掃描(CT)、核磁共振成像(MRI)以及核或者正電子輻射斷層掃描(PET)等醫療系統的興起,由于其診斷成像系統非常復雜,需要處理大量的圖像,促使生產商不斷引入更先進的功能,并提高性能。

  半導體在開發這些前沿的診斷成像系統中扮演了重要角色。隨著密度、靈活性和性能的提高,當今的可編程邏輯具有芯片系統(SoC)功能,推動了下一代成像系統的發展。

  為什么醫療系統需要FPGA

  如下圖所示,這是一個典型的診斷成像系統包括三類卡:數據采集、數據合并和圖像/數據處理卡。

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  數據采集卡對輸入數據進行過濾,是系統卡中性價比最高的。一個診斷成像系統一般會包括多個數據采集卡(在某些應用中,一個系統高達 20 個卡)。對數據進行補償和過濾后,被發送至數據合并卡,進行緩沖和數據對齊。對于 CT 和 PET 掃描器,其探測器圍繞人體旋轉,數據被串化,通過滑動環機電部件進行傳送。數據采集完畢后,被發送到圖像/數據處理卡中。這些卡完成任務繁重的過濾和需要大量算法的圖像重構工作。完成后,一般會在一個單板計算機(SBC)上完成最終的成像和縮放功能,并進行顯示。

  對于采集和處理卡,在做出組件選擇之前,客戶需要考慮幾項因素:例如,取決于每一系統的通道數量,以及所需要的分辨率,客戶可以選擇:

  貨架模擬組件,或者將模擬功能集成到 ASIC 中;

  二維(2D)或者三維(3D)成像;

  在處理卡和 SBC 之間劃分圖像處理功能;

  用于算法加速的面向 OpenCL? 的英特爾?  FPGA SDK。

  可編程解決方案:為圖像處理而來

  為診斷成像設備設計人員提供了他們喜歡的解決方案。對于成本敏感性數據采集卡,英特爾?  Cyclone?  FPGA 和英特爾?  Arria?  FPGA 系列現在能夠提供豐富的數字信號處理(DSP)模塊,與其他經過成本優化的 FPGA 系列相比,單位邏輯單元(LE)的價格最低,是很好的候選方案。

  英特爾?  Stratix?  FPGA 系列適用于數據合并和圖像處理卡。這些系列設備滿足了設計人員對靈活性、性能、集成和設計資源的需求,這是其他解決方案所不具備的。英特爾?  Stratix?  FPGA 系列使用了高性能架構,加速了基于模塊的設計,顯著提高了系統性能。這包括高性能 DSP 模塊、嵌入式內存、952,000個邏輯單元(LE),以及靈活的 I/O 標準。英特爾?  Stratix?  FPGA 系列能夠連接 DDR3、RLDRAM II、FCRAM、QDRII、DDR、QDR 和 SRAM 等外部內存。英特爾?  Stratix?  FPGA 系列還提供多千兆位串行收發器技術,能夠在滑動環和背板上傳送高速數據。

  特性豐富的 SoC 設備系列和 Nios?  II 嵌入式處理器以難以置信的低價格實現了前所未有的靈活性和性能。對于輔助卡的電機控制功能,SoC 和 Nios?  II 處理器能夠用于替代主微控制器。圖像處理卡使用FPGA設備,嵌入式 Nios?  II CPU 或者 SoC 結合 DSP 模塊作為協處理器,可以替代一個或者多個數字信號處理器,顯著降低了成本。采用面向 OpenCL 的英特爾?  FPGA SDK,軟件編程人員現在很容易將算法功能加速卸載到 FPGA 中實現,充分發揮產品能夠及時面市的設計流程的優勢。

  此外,英特爾還為診斷成像功能提供大量相關的知識產權、開發套件和參考設計。




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